Research Themes

• Development of Structural Performance Evaluation Technology Using Digital Twin Bridge Models　　　　　　　　　　　　　　　
  イノベーション創出研究支援事業産学連携創出補助金
  Aug. 2025 - Mar. 2026
  Sato Makoto, Obara Moeka
  Northern Advancement Center for Science ＆ Technology, Hokkaido University, Principal investigator, S-2-3
• Structural performance evaluation of real civil infrastructure by merging dense point cloud data into FE analysis
  Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
  01 Apr. 2021 - 31 Mar. 2024
  宮森 保紀
  本研究は鋼構造物を対象として、設計図書などに基づき構築されたFEMモデルに、供用中の実構造物の損傷部分を撮影して得られた点群モデルを融合させ、損傷を受けた実構造物のFEMモデルを構築し、実構造物の性能評価が高精度に可能な方法を創出する。
  橋梁の設計では有限要素法（Finite Element Method）による構造解析が一般化したが、供用中の構造性能の評価でFEMを用いることはほとんどない。一方、実構造物を撮影した画像データを用いて近接目視点検を代替する取り組みが進んでいるが、応力状態の把握など構造性能の定量的評価はできない。そこで本研究では両者を融合させ、構造物のライフサイクルに一貫して適用可能な数値モデル構築手法を開発する。
  具体的には、損傷を受けた構造物の保有性能を定量的に評価するため、健全部を含む構造全体は従来のFEMでモデル化し、損傷を受けた部分のみ撮影画像から高密度点群モデルを構築し損傷部分の節点座標を得る。この損傷部分の節点座標を構造全体のFEMモデルに取り込み、損傷部分の応力状態を評価可能なFEMモデルを構築する方法を開発する。
  2021年度は、鋼橋を対象に損傷部材を精度よく高密度点群モデルにする方法の確立に取り組んだ。具体的には撮影角度や距離、被写体の照度を変えながら、モデル化の精度を検討した。次に撮影した画像から3次元点群モデルを構築し、FEMモデルへの変換を行うが、2021年度は、FEMモデルへの変換に際して、より汎用性の高いファイル形式へ対応させる変更を行うとともに、要素構築手法を見直し、要素の欠損を低減する手法を開発した。
  Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Kitami Institute of Technology, 21K04230
• Direct transform from dense point cloud data to finite element model for structural analysis
  Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
  01 Apr. 2018 - 31 Mar. 2021
  Miyamori Yasunori
  We developed a method for quantitatively evaluating the structural performance of existing civil infrastructures. We firstly constructed a dense point cloud model from images taken with a digital camera, which is so dense that even thickness changes of steel structural members can be detected. And then the dense point cloud model was converted into a FEM model that can be used for structural analysis. From a large number of digital images, a point cloud model is created using SfM, and solid elements for FEM analysis were created and stress analysis is performed.
  In the feasible study, laboratory-scale specimens and large actual scale structures were chosen. Steel members of experimental structures could be modeled in 2% error. In FE structural analysis, the distribution of stress was reproduced following the compatible FE model established by the common method.
  Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Kitami Institute of Technology, 18K04317
• Research and development of a low-cost, widespread measurement system for remote diagnosis of damaged bridges in snowy and cold regions
  A-STEP
  Sep. 2019 - Mar. 2021
  宮森保紀, 三上 修一, 日向洋一, 今泉宜人
  H28北海道豪雨など、広大な寒冷地で被災した橋梁の安全管理を長期間安定的に行う計測システムの開発が課題である。課題解決には、廉価かつ温度変化などの影響を受けない高精度の測定システムとデータを遠隔地から安定して送受信できる通信システムが必要であり、計測・安全装置の開発企業と低温でのインフラ監視の知見と大規模屋外実験場などの大学のシーズを結びつける。また、橋梁の安全管理には適切な安全閾値を過去の被災例や大規模試験場の実験、FEM解析などに基づいて工学的に決定する必要もあり、インフラの維持を行ってきた企業の経験と大学の学術的な知見を結びつけ、道路管理者が導入しやすいシステムとして事業化を目指す。
  JST, Kitami Institute of Technology, Principal investigator, Competitive research funding, 19197825
• Research and development of a measurement system that enables remote diagnosis of bridges in communication-deficient areas during snowy and cold weather
  イノベーション創出 研究支援事業（スタートアップ研究補助金）
  Aug. 2019 - Mar. 2020
  宮森保紀, 三上修一, 日向洋一, 今泉宜人
  北海道科学技術総合振興センター（ノーステック財団）, Kitami Institute of Technology, Principal investigator, Competitive research funding
• Comprehensive study on the 2018 Hokkaido Eastern Iburi Earthquake and its disaster
  Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Special Purposes
  04 Oct. 2018 - 31 Mar. 2019
  Takahashi Hiroaki
  Comprehensive investigation on the 2018 Hokkaido Eastern Iburi earthquake and its disaster was conducted. Mainshock rupture initiated at deepest part and major slip was occurred in 20-30km deep. Multiple simultaneous landslides in Atsuma town was induced by combination of strong ground shaking and weak sliding layer between pyroclastic fall deposit layers. Halloysite cray minerals was discovered in all sliding layers. Simulation suggested landslides might attack residential houses within 6 seconds. Observed peak ground motions in nearby area were larger than common distance attenuation model. Severe wooden house damage in Mukawa town was due to amplified seismic waves due to site effects. Sounding and boring investigation revealed filled low-density volcanic ash and higher groundwater level in liquefaction area. Electricity blackout caused severe damage in social and economic activities of Hokkaido. These scientific outcomes were explained to residents at public briefing session.
  Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Special Purposes, Hokkaido University, 18K19952
• Hybrid damage detecting method with high density modal idenntification and thermographic examination of infrastructural system
  Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
  01 Apr. 2015 - 31 Mar. 2018
  Miyamori Yasunori
  To realize structural health monitoring using vibration measurement data, even though the structure keeps intact condition, its dynamic characteristics fluctuate due to the influence of temperature and other environmental conditions. Therefore, in this study, vibration measurement was carried out on concrete specimens and actual bridge, and it was confirmed that the change of the vibration characteristics by internal temperature is important for identifying structural damages. In particular, in the prestressed concrete specimen, effects of both temperature change and cracks of concrete member was examined. As a result, the vibration characteristics change caused by large damage exceeds the effect of the temperature change while temperature effects is still large for small damaged or intact structure. In addition, it was also found that the measured value fluctuated greatly in the temperature measurement of the thermographic camera in the real environment.
  Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Kitami Institute of Technology, 15K06176
• Research and development of high-resolution reproducible 3D models by robot photography and implementation in society
  エネルギー・環境新技術先導プログラム
  Apr. 2017 - Mar. 2018
  與那覇誠, 堀田修平, 小野修司, 菊池浩明, 山崎文敬, 向井朗, 吉葉寛一, 高野敏之, 小山一人, 洞口克彦, 宮森保紀, 泉保則, 早川吉彦
  １ 社会インフラを初めとする国内高度成長期に建設した多くの建造物の約半分が2030年度に築後50年以上と言われている。これらの維持・管理費用は6兆円(2020年)、１0兆円(2030年)と推定され、国家財政圧迫が懸念されている。一方、少子高齢化傾向の進行で維持、管理技術を保有する熟練技術者が不足も懸念されている。
  ２ 一方、少子高齢化傾向の進行で維持、管理技術を保有する熟練技術者が不足が懸念されている。社会インフラを構成する構造物(橋梁、トンネル、ダム、港湾等)の設計・施工・維持・管理の電子的一元化を目指する。 特に、電子化が遅れている維持・管理についての設計・施工から一貫した建造物の管理を実現する為の研究を行う。
  3 その上で、下記の二点を実施する(1) 電子的一元化の中で、最もIT化、電子化が必要な維持管理(特に再利用可能な点検データの取得)について橋梁にフォーカスした研究を行う
  (2) 2030年に向けた課題・達成シナリオ、ビジネスモデル、社会実装等の5カ年計画提案を行う専門委員会に設置と運営
  １）点検技術者の高齢化、減少、進歩する技術の積極的適用の具体化
  ２）予算上の問題 等が待ち受ける地方での社会実装と実施に向けた重要5課題の抽出と解決スケジュール立案
  NEDO, Kitami Institute of Technology, Competitive research funding, 17934302
• Structural health monitoring of bridges with high density smart sensor array
  Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
  01 Apr. 2013 - 31 Mar. 2015
  MIYAMORI Yasunori
  A vibration based Structural Health Monitoring (SHM) is expected to be a key technique to improve structural safety. A smart sensor which is an electronic device using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) has a potential to enable efficient vibration measurement because of its wireless communication function and on-board processing ability.
  In this study, vibration measurement experiments on real bridges were performed to establish the working knowledge of smart sensor system and the damage identification method which was proposed in this study. The experiments were performed on a damaged pedestrian bridge. From experimental results, mode shapes slightly changed through repair work though its natural frequencies did not change. The largest value of a proposed damage index was obtained at the sensor near the damaged point.
  Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Young Scientists (B), Kitami Institute of Technology, 25870025
• Smart sensor-based bridge health monitoring system to detect deterioration of bridges
  Aug. 2012 - Feb. 2013
  宮森保紀
  北海道科学技術総合振興センター（ノーステック財団）, 若手研究人材育成事業（若手研究人材・ネットワーク育成補助金（Talent補助金））, Principal investigator, Competitive research funding
• Feasible study of smart sensors for structural health monitoring by using old steel railway bridges.
  Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
  2009 - 2010
  MIYAMORI Yasunori
  Smart sensor system which has radio transmission and data processing capacity is expected to be applied for structural health monitoring for bridge or other infrastructures. In this study, applicability of the sensor system is tested in testbed. The system needs energy harvesting system for long term use under severe environment. The developed system is tested in a cold room and real bridge testbed.
  Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Young Scientists (B), Kitami Institute of Technology, 21710166
• 構造物の自動化健全度診断システムの開発と廃橋梁群を利用した実規模実験環境の構築
  科学研究費助成事業 特別研究員奨励費
  2008 - 2008
  宮森 保紀, BESKHYROUN S. F.
  日本学術振興会, 特別研究員奨励費, 北見工業大学, 08F08390
• 低温仮動的試験システムの開発と免震橋梁の低温地震応答特性の解明
  科学研究費助成事業 若手研究(B)
  2006 - 2007
  宮森 保紀
  地震時における低温環境下特有の諸現象を解明するためのハイブリッド型実験システムを開発した。この実験システムは橋梁や建物などの地震時挙動を検討する際に、解析対象を構造実験部分と数値実験部分に分割し、部材の挙動が数値モデル化できる部分は数値実験を、部材の挙動を実験的に明らかにする必要がある部分については構造実験を行うものである。このような実験手法はこれまで多くの成果が報告されているが、寒冷環境下で実験環境を構築した例はない。寒冷環境下では常温と比較してゴム支承、鋼部材、表層地盤などの特性が変化することが知られているが、これまでは部材単体としての検討にとどまり、構造全体として地震時の応答を実験的に明らかにした例はない。このような寒冷地に特徴的な現象を解明し地震被害を軽減することは、均衡ある国土の安全性の確保に貢献するともに、北方圏のエネルギー産出地の安全性向上に寄与する。
  本研究では、具体的には米国イリノイ大学で開発されたソフトウェア群(UI-SIMCOR)を応用し、これを北見工業大学が保有する低温域材料・構造実験システムに適用することで低温サブストラクチャ仮動的試験システムの構築を行う。計算部分と実験部分の制御を行うサーバを構築し、動作検証を行う小型模型実験装置を製作した前年度に引き続きシステムの改修を行った。具体的には共同利用のため学外に計算部分を設けた場合にも対応できるよう新たなサーバの構築とネットワーク環境の整備を行った。実験部分は低温域材料・構造実験システムに接続するためのシステム改修を行ったが、システム改修の過程でUI-SIMCORの最新版が配布されたため、将来の拡張性を考慮して対応に着手した。対応完了後、低温構造実験システムを利用した制震装置を有する橋梁のハイブリッド実験を実施する。
  日本学術振興会, 若手研究(B), 北見工業大学, 18760341